焊接工程基础(1)

焊接方法(罗传红)
一、焊接电弧物理基础
1电弧:是一种特殊的气体放电现象,它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。
2,金属导电机制:自由电子定向移动。电弧导电机制:电子、正离子、负离子。
3,气体的电离电压,大小反映了带电粒子产生的难易程度。电离电压低,带电粒子容易产生,有利于电弧导电;电离电压高,带电粒子难以产生,电弧导电困难。
4,激励:当中性气体粒子受外加能量作用而不足以使其电离时,但可能使其内部的电子从原来的能级跃迁到较高的能级,这种现象称为~
5,电离的种类:热电离(主要途径);场致电离;光电离     
热电离:气体粒子受热作用而产生电离的过程;实质:气体粒子的热运动形成频繁而激烈的碰撞;主要位置:弧柱区(温度在5000-50000K)。
场致电离:在两电极间的电场的作用下,气体中的带电粒子被加速,电能转化为带电粒子的动能,当带电粒子的动能达到一定数值时,则可能与中性粒子发生非弹性碰撞而使之电离,这种电离被称为场致电离。
光电离:中性气体粒子受到光辐射的作用而产生的电离过程。
6,电子发射:阴极中的自由电子受到一定的外加能量作用,从阴极表面逸出的过程。
  逸出功:一个电子从金属表面逸出所需的最低外加能量。
7,电子发射的4种类型:热发射;电场发射;光发射;粒子碰撞发射
热发射:阴极表面受热,自由电子动能加大,一部分电子达到或超过逸出功而产生的电子发射现象。
电场发射:阴极表面空间存在一定强度的正电场时,阴极内部的电子将受到电场力的作用,当力达到一定程度电子就会逸出阴极表面的电子发射现象。
8,冷阴极电弧:以较低沸点材料(钢铜镁铝等)作电极,电极加热温度受到限制,其阴极
区带电粒子主要靠电场发射来提供。
热阴极电弧:以高沸点材料(C、W)作电极,其阴极区带电粒子主要靠热发射来提供。
9,电弧分为弧柱区(Uc)、阴极区(Uk)和阳极区(UA)。
弧柱区:21%能量(阴极区带来的热量),温度最高,5000~50000K,弧柱整体呈电中性,以热电离为主,主要是电子电流,但正离子的作用非常大,保证了电弧放电的低电压大电流的特点。
阴极区:向弧柱区提供所需的电子流,接受由弧柱区送来的正离子流。36%能量,温度相对较低。1),热发射型阴极区(热阴极、大电流);2)电场发射型阴极区(冷阴极或者热阴极小电流);3)等离子型阴极区(冷阴极、小电流)。
阳极区:向弧柱区提供所需的正离子流,接受由弧柱区送来的电子流。43%能量,温度相对较高(阳极区不能发射电子,电流较大时,正离子由热电离提供,较小时,由碰撞电离提供)
10,最小电压原理:电弧在稳定燃烧时,有一种使其自身能量消耗最小的特性,即当电流和电弧周围的条件(气体介质、温度、压力)一定时,稳定燃烧的电弧将选择一个确定的导电截面,使电弧的能量消耗最少。当电弧长度也是定值的时候,电场强度的大小即代表了电弧产热量的大小,因此,能量消耗最小的时候电场强度最低,即在固定弧长上的电压降最小,这就是最小电压原理。
11,能量密度:采用特定的焊接方法的时候,单位面积上的有效热功率称为~,单位为:W/cm2。能量密度大的时候,可有效的利用热源熔化金属,并减少热影响区,获得窄而深的焊缝,有利于提高焊接生产率。
12,电弧的主要作用力:磁收缩力、等离子流力、斑点力。
等离子流力:高温电离气体高速流动时所形成的力。
斑点力:电极上形成斑点时,由于斑点受到带电粒子的撞击,或金属蒸汽的反作用而对斑点产生的压力,称为~。  阴极斑点力大于阳极斑点力,原因:正离子的质量远大于电子的质量,阴极斑点电流密度大,蒸汽反作用力也大。
斑点力阻碍熔滴过渡,利用阳极斑点压力小的特点,直流焊接时,采用直流反接,以利于熔滴过渡,减小飞溅。
电弧力的主要影响因素:焊接电流和电压;焊丝直径;电极极性;气体介质;钨极端部几何形状
13,直流正接山药去皮机DCSP:工件温度高、熔深小;直流反接DCRP:能清除氧化皮,碱性。
14,熔滴过渡:在电弧热的作用下,焊丝末端加热熔化时形成熔滴,并在各种力的作用下脱离焊丝进入熔池的过程。
熔滴上的作用力:重力和表面张力;电磁力;等离子流力:斑点力。
测试网页游戏熔滴过渡的形式:自由过渡、接触过渡;渣壁过渡。
自由过渡:熔滴经电弧空间自由飞行,焊丝的端头和熔池不发生直接接触。
接触过渡:焊丝端部的熔滴与熔池的表面通过接触而过渡。
渣壁过渡,与渣保护有关,发生在埋弧焊时,熔滴从熔渣的空腔壁上流下。
15,两种典型的过渡形式:
A、射流过渡的获得条件:1)采用纯氩或富氩保护气氛;2)直流反接;3)保持高弧压(长弧);4)必须使焊接电流大于某一临界值。  射流过渡特点:钢焊丝MIG焊;电弧成锥形;有射流过渡临界电流;斑点力、等离子流力促进熔滴过渡;熔滴小,过渡频率快;射流过渡熔透能力高,可能产生指状熔深问题。
跳弧:当熔滴细颈上表面温度达到沸点,电弧的阳极斑点从熔滴根部扩散到细颈上部的过程。 射流过渡的临界电流:产生跳弧的最小电流
降低临界电流的方法:低熔点低沸点金属;减小焊丝直径;增加焊丝长度(预热作用加强);一定程度增加氧含量(降低表面张力、阻力);降低CO2含量(CO2提高弧柱电场强度,使电弧难于向上扩散)。
B、短路过渡:熔滴与熔池重复短路熄弧和燃弧过渡交替过程。其特点:1)燃弧熄弧交替进行;2)小电流,低电压,飞溅小,过渡电弧稳定,适合薄板及全位置焊接,主要用于CO2焊;3)小直径焊条或焊丝,电流密度大,产热集中,焊接速度快;4)弧长短,焊件
加热区小,质量高。  短路过渡四个阶段:电弧燃烧形成熔滴——熔滴长大并与熔池短路熄弧——液桥缩颈而断开过渡——电弧复燃。
16,焊缝成形系数:熔池的宽度与熔池深度之比。
熔合比:焊缝截面上母材熔化部分所占面积与焊缝全部面积之比。熔合比越大,焊缝成分越接近母材。
17电流增大,熔深H增大;电压增大,熔宽B增大;焊接速度增大,H和B均减小。
焊接条件对焊缝成形的影响因素:电流种类及极性;焊丝直径和伸出长度;电极倾角;焊件倾角;焊件材料和厚度;坡口和间隙;保护气氛和熔滴过渡形式。
18,飞溅:在焊接过程中,熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞散的现象。原因:电流过大、有大量气体析出。控制措施:降低焊丝含C量,并加入合适的Mn、Si;加入Ar,改善电弧形态及熔滴过渡形式;直流反极性,不能用交流;正确选择工艺参数。
二、埋弧焊
1,埋弧焊应用:平焊,长直焊缝,大直径焊缝。不适合薄板、曲线焊缝。较厚的工件多适于用埋弧焊焊接。适宜焊接:碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及某些有金属。此外,埋弧焊还可在基体金属表面堆焊耐磨或耐腐蚀的合金层。  不适宜焊接:铸铁因不能承受高热输入量引起的热应力,一般不能用埋弧焊焊接;铝、镁及其合金因没有适用的焊剂,目前还不能使用埋弧焊焊接;铅、锌等低熔点金属材料也不适合用埋弧焊焊接。
2,埋弧焊的主要优点 焊接生产率高;焊缝质量好;焊接成本较低;劳动条件好。
埋弧焊的主要缺点:难以在空间位置施焊;对焊件装配质量要求高:不适合焊接薄板和短焊缝。
3一个圆柱形玻璃容器,焊剂作用:保护、控制焊缝金属化学成分,保证焊缝金属的力学性能,防止气孔、裂纹和夹渣等缺陷的产生。焊剂分为三类:熔练焊剂HJ、烧结焊剂和粘结焊剂。
焊接规范:Ia↑,熔渣量减少,ΔSi↓(过渡的Si量) ΔMn↓;Ua↑,熔渣量增大,ΔSi↑ ΔMn↑
埋弧焊冶金反应的一般特点:1、熔池存在时间长,冶金反映充分,气孔、夹渣少;2、空气不易侵入焊接区域,焊缝中的含氮量低,只有0.002%左右;3、焊缝化学成分稳定。
4,焊接工艺参数的选择,包括:焊接电流、电弧电压、电流的种类及极性、焊接速度等。
1)、焊接电流过大:HAZ宽度大,易产生过热组织,接头韧性降低;电流过大还易导致咬边、焊瘤或烧穿等缺陷。焊接电流过小:易产生未熔合、未焊透、夹渣等缺陷。生产率低。
2)电流种类与极性,DCRP:熔敷速度稍低,熔深较大。焊接时一般情况下    都采用直流反接。DCSP:熔敷速度比反接高30%~50%,但熔深较浅,熔合比小。特别适合于堆焊。母材的热裂纹倾向较大时,为了防止热裂,也可采用直流正接。AC:采用交流进行焊接时,熔深处于直流正接与直流反接之间。
3)电弧电压:主要影响熔宽,对熔深的影响很小。为保证电弧的稳定燃烧及合适的焊缝成形系数,电弧电压应与焊接电流保持适当的关系。焊接电流增大时,应适应提高电弧电压。 
4)焊接速度:焊接速度对熔深及熔宽均有明显的影响。焊接速度增大时,熔深、熔宽均减小。因此,为了保证焊透,提高焊接速度时,应同时增大焊接电流及电压。但电流过大、焊速过高时易引起咬边等缺陷。因此焊接速度不能过高。
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5)焊丝直径及干伸长度:电流一定时,焊丝直径越细,熔深越大,焊缝成形系数减小。然而对于一定的焊丝直径,使用的电流范围不宜过大,否则将使焊丝因电阻热过大而发红,影响焊丝的性能及焊接过程的稳定性。
5,主要缺陷:1)冶金缺陷:气孔、裂纹、夹渣;2)成形缺陷:熔烧不足、咬边、烧穿、满溢、成形不良。
三、熔化极气体保护焊GMAW文字拼接
1GMAW依焊丝结构可分为实芯焊丝电弧焊、药芯焊丝电弧焊FCAW。依保护气体可分为MIGMAGCO2焊。    GMAW芳纶头盔三大选择原则:对焊缝性能无害原则;改善工艺及焊缝质量原则;提高工艺技术水平原则。
2,惰性气体保护焊MIG:以Ar或He作为保护气体。适合于Al、Mg及其合金,Cu及其合金,
Ti及其合金等有金属的焊接。  MIG的主要特点:1.焊接质量好由于采用惰性气体作保护气体,保护效果好,焊接过程稳定,变形小,飞极少或根本无飞溅;2.焊接生产率高由于是用焊丝作电极,可采用大的电流密度焊接,因而母材熔深大,焊丝熔化速度快,尤其适用于大中厚度板材;3,焊接范围广由于采用惰性气体作保护气体,不与熔池金属发生反应,保护效果好,几乎所有的金属材料都可以焊接。4直流反接,具有良好的阴极清理作用。  MIG的质量控制 :    熔滴过渡类型的合理选择:1)喷射过渡:中厚板和大厚板的水平对接及角接焊平角焊;2)脉冲射流过渡:上述情况加全位置焊接;3)短路过渡:薄板及全位置焊接。    焊缝起皱现象的控制 :焊接电流过大、焊接区保护不良,导致阴极导电区集聚在 弧坑底部,则容易产生焊缝起皱。 控制方法:加强焊接区的保护;正确选择焊接工艺参数(降低电流密度和焊接速度,缩短可见弧长,增加焊丝直径)。

本文发布于:2024-09-24 13:22:58,感谢您对本站的认可!

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